陳成

摘要：隨著越來越多的新技術(shù)和新材料在現(xiàn)代民航飛機(jī)上的應(yīng)用，飛機(jī)座艙空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和自動化程度獲得了長足的進(jìn)步。雖然現(xiàn)代民航飛機(jī)能對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自檢自測，某些部件的狀態(tài)和參數(shù)也能實(shí)時(shí)監(jiān)控，但由于空調(diào)系統(tǒng)部件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多故障單靠系統(tǒng)自測往往不能準(zhǔn)確判斷。該文通過對空客A320系列飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行原理分析，結(jié)合實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，論述空調(diào)系統(tǒng)常見故障的成因及排除方法。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng) 空客A320 系統(tǒng)原理 故障分析

中圖分類號：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（c）-0000-00

1 引言

現(xiàn)代民航飛機(jī)巡航高度在6000至12000米之間，高空環(huán)境低溫、低壓、缺氧。根據(jù)航空醫(yī)學(xué)的要求，飛機(jī)座艙溫度應(yīng)保持在15～26℃，壓力不高于2400米的座艙高度。這就需要空調(diào)系統(tǒng)對座艙環(huán)境進(jìn)行控制。飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)給飛機(jī)氣密座艙增壓并調(diào)節(jié)溫度、壓力，保障空中人員的人體生理和機(jī)上設(shè)備的正常工作。

2 空調(diào)系統(tǒng)原理

空調(diào)系統(tǒng)分為四個(gè)子系統(tǒng)：空氣冷卻系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、空氣分配系統(tǒng)和增壓控制系統(tǒng)。來自飛機(jī)發(fā)動機(jī)高壓壓氣機(jī)的熱引氣經(jīng)過初步的壓力及溫度調(diào)節(jié)后輸送到飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，此時(shí)熱引氣溫度在200℃左右、壓力在44PSI左右。熱引氣經(jīng)過流量控制活門（FCV）調(diào)節(jié)流量后，在進(jìn)入初級散熱器之前被分成兩路，一路經(jīng)過冷卻系統(tǒng)消耗能量，溫度降低到0℃左右，再進(jìn)入混合總管；另一路則作為配平熱空氣與混合總管出來的冷空氣摻混在一起，進(jìn)入駕駛艙和前后客艙，在溫度控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，達(dá)到座艙需要的溫度。配平熱空氣管路上有1個(gè)配平空氣壓力調(diào)節(jié)活門（TAPRV）調(diào)節(jié)壓力，3個(gè)配平空氣活門（TAV）分別調(diào)節(jié)通向駕駛艙和前后客艙的熱空氣流量。

2.1 空氣冷卻

空氣冷卻系統(tǒng)有兩套空氣調(diào)節(jié)組件（PACK），原理圖如圖1所示。每套PACK組件包含兩套熱交換器稱作主次散熱器，他們利用機(jī)外的沖壓空氣來給熱引氣散熱。PACK組件還包括渦輪壓氣機(jī)風(fēng)扇式（又稱三輪式）空氣循環(huán)制冷機(jī)（ACM）、再加熱器、冷凝器、水分離器、旁通閥、防冰閥以及用于控制與指示的溫度傳感器、壓力傳感器。熱引氣經(jīng)過FCV調(diào)節(jié)流量后，進(jìn)入次級散熱器降溫，再進(jìn)入ACM壓氣機(jī)，壓氣機(jī)對氣流做功，氣流溫度升高、壓力增大，從壓氣機(jī)出來的氣流經(jīng)過主級散熱器降溫后，通過再加熱器、冷凝器、水分離器，進(jìn)入ACM渦輪膨脹做功，帶動ACM渦輪旋轉(zhuǎn)。由于ACM渦輪、壓氣機(jī)、風(fēng)扇同軸，壓氣機(jī)、風(fēng)扇也高速旋轉(zhuǎn)，高溫高壓氣流的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，溫度大大降低。渦輪出口的氣流再次經(jīng)過冷凝器，防止渦輪出口氣流冰物質(zhì)的形成，之后進(jìn)入混合總管。

2.2 溫度控制

溫度控制分為PACK溫度控制和駕駛艙客艙溫度控制。PACK溫度控制：駕駛艙空調(diào)控制面板上有三個(gè)區(qū)域溫度選擇旋鈕分別用來選擇駕駛艙和前后客艙的需求溫度，ACSC以選擇的溫度為基礎(chǔ)，綜合客艙FAP（乘務(wù)員面板）上的溫度選擇和座艙側(cè)壁熱量的流失，計(jì)算出所需混合總管溫度，以此來確定PACK出口溫度。ACSC調(diào)節(jié)沖壓空氣進(jìn)氣門開度和旁通閥開度使PACK出口溫度達(dá)到目標(biāo)值。駕駛艙客艙溫度控制（如圖2所示）：混合總管的溫度調(diào)節(jié)到滿足最低的溫度需求，有較高溫度需求的區(qū)域則由ACSC打開對應(yīng)區(qū)域的TAV來調(diào)節(jié)。駕駛艙以及前后客艙各裝有一個(gè)區(qū)域溫度傳感器，ACSC比較區(qū)域溫度的實(shí)際值和區(qū)域溫度選擇旋鈕上的選擇值，用于控制駕駛艙客艙區(qū)域的TAV開度，使區(qū)域溫度滿足要求。

2.3 空氣分配和座艙增壓

調(diào)節(jié)好的空氣由空氣分配系統(tǒng)分配到駕駛艙、客艙、電子設(shè)備艙、貨艙以及廁所、廚房，再由外流活門排出機(jī)外。增壓控制系統(tǒng)有兩臺客艙壓力控制器（CPC）通過控制外流活門的開度來控制客艙壓力。兩臺CPC輪流起主控作用，另一臺熱備份。在每次飛機(jī)著陸，起落架壓縮的時(shí)候切換，或在一臺CPC故障時(shí)自動切換到另一臺。在自動模式下CPC使用來自飛行管理和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)（FMGC）以及大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)組件（ADIRU）的數(shù)據(jù)來控制外流活門開度，使座艙壓力符合座艙壓力制度。

3 常見故障成因及排除方法

3.1 故障確認(rèn)

空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障信息，首先要確認(rèn)故障是否為真。復(fù)位相關(guān)跳開關(guān)（CB）、斷電、通過中央故障顯示系統(tǒng)（CFDS）做溫控測試能夠排除假故障。若確認(rèn)故障為真，參照排故手冊（TSM）進(jìn)行排故。飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)（AIDS）的ALPHA-CALL UP功能可以調(diào)取出空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，用于故障隔離。常用的參數(shù)是COT（壓氣機(jī)出口溫度）、TP（組件出口溫度）、PF（組件流量）、PBV（旁通閥開度）、TW（水分離器出口溫度）、RI（沖壓空氣進(jìn)氣門開度），這些參數(shù)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 FCV故障

FCV是電控氣動活門，其控制原理圖如圖3所示。FCV主體是一個(gè)文氏管，通過1個(gè)壓差傳感器和1個(gè)壓力傳感器分別測量文氏管喉部壓差和入口處壓力來計(jì)算空氣流量，再由ACSC通過力矩馬達(dá)操縱FCV主控制腔放氣來實(shí)現(xiàn)流量控制。FCV上的壓差傳感器和壓力傳感器故障會使探測到的流量值錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致流量不能按需調(diào)節(jié)，引起空調(diào)系統(tǒng)故障。電控和氣控都可以使FCV關(guān)閉。電控關(guān)閉：壓氣機(jī)出口超溫、發(fā)動機(jī)啟動、發(fā)動機(jī)火警電門按出、水上迫降電門在ON位。發(fā)動機(jī)啟動電門信號通過發(fā)動機(jī)接口組件（EIU）送到ACSC，啟動電門或EIU故障可能會導(dǎo)致FCV始終關(guān)閉，從而引起空調(diào)系統(tǒng)故障。FCV氣控關(guān)閉：引氣壓力過低。還有一種情況是部分老構(gòu)型飛機(jī)裝有壓氣機(jī)氣動過熱傳感器，其原理是把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬套在一起，在高溫下兩種金屬之間會產(chǎn)生間隙，當(dāng)壓氣機(jī)溫度超過230℃時(shí)，過熱傳感器和FCV之間的氣路（sensor line）通過兩種金屬之間的縫隙給FCV控制腔放氣。sensor line漏氣會導(dǎo)致FCV關(guān)閉。為判斷FCV故障原因，可以拔出FCV相關(guān)CB，如果氣控部分正常，來自FCV上游的氣壓就會克服FCV控制腔內(nèi)的彈簧彈力使FCV蝶型活門打開，否則FCV氣控部分就存在問題。無論電控還是氣控，控制FCV關(guān)小或關(guān)閉，都是通過給主控制腔放氣來實(shí)現(xiàn)的，與主控制腔連接的控制氣路漏氣就會導(dǎo)致FCV關(guān)閉，在檢查FCV的時(shí)候需要留意。

3.3 壓氣機(jī)出口溫度超溫

COT正常情況下控制在180℃左右，當(dāng)COT在215～260℃之間時(shí)，ACSC將通過控制FCV開度減小PACK流量。當(dāng)COT超過260℃，將觸發(fā)超溫警告，ACSC將控制FCV關(guān)閉（在空中需要由飛行員來決定是否關(guān)閉）。COT過高，有可能是FCV故障在全開位，F(xiàn)CV故障前面已單獨(dú)分析過，這里不再贅述。沖壓空氣進(jìn)氣門意外關(guān)閉會導(dǎo)致沖壓空氣不足，熱引氣不能有效降溫而引起COT溫度高，可檢查沖壓空氣進(jìn)氣門是否打開。沖壓空氣進(jìn)氣門作動筒故障或卡阻會導(dǎo)致進(jìn)氣門打不開。剎車轉(zhuǎn)彎控制組件（BSCU）跟ACSC有交聯(lián)，1號輪速傳感器繼電器25GG或BSCU故障可能會使其給ACSC發(fā)送飛機(jī)處于起飛或著陸階段的錯(cuò)誤信號，導(dǎo)致沖壓空氣進(jìn)氣門關(guān)閉。溫度傳感器故障也可能導(dǎo)致超溫的假警告。通過測量COT溫度傳感器電插頭相應(yīng)插針的電阻值，與TSM上的正常值比較來判斷是否是溫度傳感器故障，也可以通過串換件來確認(rèn)故障。

3.4 PACK出口溫度超溫

TP是反應(yīng)PACK組件性能的關(guān)鍵的參數(shù)。TP溫度過高會導(dǎo)致座艙溫度高。TP溫度高的原因可能是主次散熱器堵塞或ACM故障。此外，再加熱器堵塞、冷凝器漏氣、沖壓空氣進(jìn)氣門意外關(guān)閉、旁通閥或防冰閥故障打開以及溫度傳感器本身故障都可能導(dǎo)致PACK出口溫度高。主次散熱器、再加熱器都是平板鰭片式散熱器，空氣通道較小容易堵塞。主次散熱器在沖壓空氣流經(jīng)的氣路上由于沒有空氣濾，灰塵會逐漸累積堵塞通道，使其散熱能力下降。在環(huán)境溫度較高的地面，影響特別明顯。而在空中由于沖壓空氣溫度極低，主次散熱器熱交換效率又恢復(fù)正常，從而使TP降到正常溫度。所以，TP在地面溫度高而在空中正常，原因很可能是主次散熱器堵塞。再加熱器里面的鰭片比主次散熱器的更密，流過的氣流速度更快，灰塵和鰭片變型都會導(dǎo)致其堵塞。再加熱器堵塞會使渦輪進(jìn)口氣流壓力降低，導(dǎo)致ACM啟動困難、轉(zhuǎn)速低，也會使PF、沖壓空氣流量偏低。如果發(fā)現(xiàn)有上述現(xiàn)象，可以優(yōu)先考慮再加熱器堵塞故障，而不是直接更換ACM。冷凝器是管-管式結(jié)構(gòu)，不容易堵塞，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致熱空氣摻混到渦輪出口空氣中，使TP溫度高。如果PF值、沖壓空氣均正常，而主次散熱器又剛換過不久，可以考慮冷凝器故障。旁通閥和防冰閥故障在打位導(dǎo)致過量的熱引氣不經(jīng)過ACM而直接旁通到渦輪出口，也會使TP溫度高。正常情況下防冰閥是始終關(guān)閉的，旁通閥的開度在21度左右，兩者的開度都可以從閥體上觀察到，閥體上也都有超控連桿，通過轉(zhuǎn)動超控連桿可以判斷活門是否卡阻。

3.5 駕駛艙、客艙溫度無法調(diào)節(jié)

當(dāng)PACK出口溫度正常，而座艙溫度無法調(diào)節(jié)，座艙過冷或過熱，可能是駕駛艙客艙溫度控制系統(tǒng)故障。TAV故障一般在航后報(bào)告的故障信息里面會給出，做溫控測試也能確認(rèn)，注意如果駕駛艙TAV故障或前、后客艙TAV同時(shí)故障將會使TAPRV自動關(guān)閉，這時(shí)候不要誤換TAPRV。一般駕駛艙或單獨(dú)某個(gè)客艙溫度無法調(diào)節(jié)，如果航后報(bào)告或者溫控測試沒有給出TAV故障信息，可以首先考慮駕駛艙或該客艙的區(qū)域溫度傳感器是不是有問題，在更換溫度傳感器之前，首先檢查傳感器本體、通風(fēng)管道有沒有被污染、破損、漏氣，溫度傳感器必須通風(fēng)良好，才能持續(xù)感知客艙溫度的變化，如果溫度傳感器的通風(fēng)管堵塞，溫度傳感器將不能真實(shí)反映客艙區(qū)域的溫度，導(dǎo)致客艙溫度“超調(diào)”，客艙忽冷忽熱，或無法調(diào)節(jié)。三個(gè)管道溫度傳感器感知輸送到駕駛艙、前后客艙的管道溫度，用于超溫保護(hù)。正常情況下管道溫度會限制到8～50℃，特殊情況如單PACK運(yùn)行時(shí)會放寬到2～70℃，管道溫度傳感器異常也可能導(dǎo)致駕駛艙或前、后客艙區(qū)域溫度不能正常調(diào)節(jié)。駕駛艙30VU面板有三個(gè)區(qū)域溫度選擇器，可以選擇溫度范圍18～30℃，溫度選擇器故障也會導(dǎo)致某個(gè)座艙區(qū)域溫度無法調(diào)節(jié)。TAPRV控制配平空氣壓力大于客艙壓力4.06PSI， 它的下游安裝有一個(gè)壓力電門，當(dāng)壓力大于6.53PSI時(shí)接通，壓力下降到5.08PSI時(shí)斷開，用于發(fā)送活門的開、關(guān)信號。當(dāng)測試給出TAPRV故障時(shí)，可能是活門本身故障，也可能是由于壓力電門故障發(fā)送了錯(cuò)誤的信號給ACSC導(dǎo)致，可以考慮更換該電門再做測試來確認(rèn)故障原因。

3.6 管路漏氣

除了部件本體故障外，在PACK組件內(nèi)部，管路與管路之間、管路與部件之間的正確安裝，以及膠圈、膠墊是否完好且安裝到位都關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。膠圈、膠墊破損以及卡箍的不規(guī)范安裝導(dǎo)致的漏氣時(shí)有發(fā)生。特別是高溫氣流流經(jīng)的管路，膠圈、膠墊更容易老化脫落導(dǎo)致漏氣，從使引起空調(diào)系統(tǒng)故障。此外，高溫氣體泄漏還會導(dǎo)致周圍的引氣環(huán)路跳警告。ACM壓氣機(jī)進(jìn)口管路上的方形接口（如圖4所示）處常有漏氣現(xiàn)象，拆開后發(fā)現(xiàn)接口之間的方形膠墊已經(jīng)殘缺老化，更換膠墊重新安裝后恢復(fù)正常，但2～3個(gè)月后膠墊再次破損漏氣。分析原因是由于老化的舊膠墊有殘留物粘連在接口上沒有清除干凈，導(dǎo)致新膠墊裝上去有縫隙。在安裝過程中擰緊螺桿的力矩過大使膠墊擠壓變形也會產(chǎn)生縫隙。高溫高壓的氣流會從微小的縫隙泄漏出來，并使縫隙周圍的膠墊迅速老化、脫落，縫隙越來越大，最終嚴(yán)重漏氣導(dǎo)致故障。為避免這一情況的發(fā)生，安裝前要將結(jié)合面徹底清理干凈，調(diào)整好管路使安裝口對齊貼緊，不要試圖用擰緊螺桿的方式來對齊安裝口，否則容易將方形膠墊以及方形接口上螺座的鋼絲螺套損壞。在PACK運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用手沿著管路周圍游走來檢查管路是否漏氣，目視檢查各部件本體及其連接處有無裂紋、凹坑等損傷，電插頭及其線纜是否破損，與其他部件的間距是否足夠。

4 其他排故方法

除了利用AIDS、CFDS、TSM研究單個(gè)PACK故障外，還可以通過對比同一架飛機(jī)的兩個(gè)PACK的參數(shù)來判斷故障。由于同一架飛機(jī)上的兩個(gè)PACK處于相同環(huán)境下，他們的參數(shù)應(yīng)該大致相當(dāng)，可以從兩者差異較大的地方著手。另外，在空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會自動生成一份ECS（環(huán)境控制系統(tǒng)）報(bào)告，可以通過AIDS調(diào)取，這份報(bào)告記錄了故障發(fā)生時(shí)，飛機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)以及環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)，包括活門位置等，可用于維修人員判斷故障。

5 結(jié)束語

排除飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)故障需要維修人員熟悉空調(diào)系統(tǒng)的基本原理，熟知各個(gè)部件的功能、特點(diǎn)以及可能發(fā)生故障的原因，掌握各種參數(shù)的意義和參數(shù)值的正常范圍。飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)之間互有交聯(lián)，有時(shí)候我們遇到一個(gè)部件或系統(tǒng)報(bào)故障，有可能是這個(gè)部件或系統(tǒng)自身故障，也可能是其他部件或系統(tǒng)故障引發(fā)的，這就要求我們要透過故障現(xiàn)象，多方面收集數(shù)據(jù)，善用邏輯推理，快速準(zhǔn)確的找出故障的本源，徹底排出故障。

參考文獻(xiàn)

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